Nel risolvere un mistero di 20 anni sul ruolo di una proteina associata alla produzione di muco, i ricercatori forniscono nuove intuizioni che possono portare a nuovi trattamenti per l’asma, la malattia polmonare ostruttiva cronica, la fibrosi cistica e altre malattie.
I ricercatori della Washington University School of Medicine di St. Louis (WUSTL), MO, riportano le loro scoperte nella rivista eLife.
Tommaso J. Brett, autore senior dello studio e assistente professore di medicina al WUSTL, dice:
“Il nuovo studio pone le basi per lo sviluppo di trattamenti per malattie come l’asma, la BPCO, la fibrosi cistica e anche alcuni tipi di cancro.”
In malattie come asma e la malattia polmonare ostruttiva cronica (COPD), il corpo produce troppo muco, rendendo difficile la respirazione.
In fibrosi cistica, il muco che viene prodotto è troppo spesso e intasa i polmoni e il tratto digestivo.
L’importanza del nuovo studio sta nelle rivelazioni sui canali ionici – proteine speciali che creano pori nella membrana cellulare e aiutano a regolare il flusso di particelle cariche dentro e fuori la cellula.
I canali ionici permettono alle cellule di inviare e ricevere segnali elettrici e svolgono ruoli essenziali per la salute, come secernere sostanze come il muco, controllare il ritmo cardiaco e sostenere la funzione cerebrale.
Per esempio, il flusso di ioni cloruro dentro e fuori le cellule aiuta a controllare la produzione di muco – un rivestimento protettivo nella nostra trachea e altre vie respiratorie. Il muco – che è fatto di glicoproteine e acqua – intrappola l’inquinamento e le particelle estranee prima che possano fare male ai polmoni.
Tuttavia, con malattie come la fibrosi cistica e l’asma, viene prodotto troppo muco troppo spesso, che rende difficile la respirazione e aumenta il rischio di infezioni.
Uno studio indaga sui canali ionici e sul ruolo nella sovrapproduzione di muco
Circa 20 anni fa, gli scienziati hanno identificato una proteina chiamata CLCA1, che quando si trova in alti livelli nelle cellule che rivestono le vie aeree, è stata a lungo collegata alla sovrapproduzione di muco. Per molto tempo si è pensato che CLCA1 fosse un canale ionico del cloruro perché i membri della famiglia di proteine CLCA sembravano muovere ioni cloruro dentro e fuori le cellule.
Alla fine, come più indizi sono stati trovati, gli scienziati hanno deciso che le proteine CLCA non erano canali ma trigger; hanno attivato i canali per consentire agli ioni cloruro di passare attraverso le membrane cellulari. Tuttavia, non era chiaro quali canali le proteine CLCA attivassero e come. Prof. osserva Brett:
“Quando le cellule esprimono CLCA1, producono correnti di cloruro. Ma man mano che siamo migliorati nella comprensione delle strutture tridimensionali delle proteine, i ricercatori del settore hanno iniziato a capire che le proteine CLCA non potevano essere canali. Quindi è sorta la domanda: come fanno ad attivare queste correnti se non sono canali??”
Prof. Brett e il suo team hanno scoperto che quando CLCA1 viene rilasciato dalle cellule umane, provoca il rilascio di ioni cloruro quando il canale rileva la presenza di ioni calcio.
Il team ha anche notato che il movimento degli ioni cloruro innescato da CLCA1 sembra molto simile al modo in cui gli ioni cloruro passano attraverso un canale noto come TMEM16A, così hanno deciso di indagare se queste due proteine interagiscono.
La scoperta che le proteine innescano i canali ionici è una “scoperta unica
TMEM16A – che è stato scoperto solo 7 anni fa nei mammiferi – si trova in abbondanza nelle cellule che rivestono le vie respiratorie. C’è la prova che troppo TMEM16A – come troppo CLCA1 – è associato con la sovrapproduzione di muco nelle malattie respiratorie come l’asma e la BPCO.
Con i suoi colleghi, il prof. Brett ha mostrato che CLCA1 innesca TMEM16A, e una maggiore espressione di CLCA1 aumenta il numero di canali TMEM16A presenti nelle cellule vicine. Spiega:
“Non pensiamo che CLCA1 apra effettivamente il canale. Infatti, il canale può funzionare senza CLCA1. Pensiamo che semplicemente mantiene il canale sulla superficie delle cellule per un periodo di tempo più lungo.”
Egli dice che la ragione per cui c’è più corrente è perché ci sono più canali aperti – più fori per gli ioni di passare attraverso, e aggiunge:
“Questa è una scoperta unica. Non conosciamo altri esempi di questo tipo di interazione tra una proteina e un canale.”
I risultati hanno implicazioni più ampie. Se anche altri membri delle famiglie a cui appartengono queste proteine interagiscono tra loro, allora questo potrebbe far luce su una vasta gamma di disturbi tra cui cancro e malattie cardiovascolari.
Per esempio, i canali TMEM16 e le proteine CLCA sono collegati ad alcuni tipi di cancro, compresi i tumori al seno che si diffondono al polmone. Sono stati anche implicati in malattie cardiovascolari, come disturbi del ritmo cardiaco irregolare e insufficienza cardiaca.
Il team sta continuando a studiare l’interazione tra la proteina e il canale, e come aumentare o diminuire la loro espressione può influenzare i flussi di ioni e le malattie delle vie aeree impatto.
Lo studio è stato finanziato dal National Institutes of Health (NIH), l’American Lung Association, il Center for the Investigation of Membrane Excitability Diseases e l’American Heart Association.
Nel frattempo, Notizie mediche oggi recentemente appreso un nuovo studio pubblicato in Il BMJ che ha trovato i partecipanti che hanno seguito un dieta sana avevano un terzo in meno di probabilità di sviluppare la BPCO, rispetto a quelli che non hanno. I ricercatori hanno definito una dieta sana come una dieta ad alto contenuto di verdure, cereali integrali, grassi polinsaturi, noci e omega-3 acidi grassi, e basso contenuto di carni rosse e lavorate, cereali raffinati e bevande zuccherate.